当前,机载三维阵列天线在机载雷达、机载数据链、电子对抗中的地位越来越重要,其阵列结构与飞行器外形保持一致,能够在不改变载机气动性能和隐身性能的前提下,通过优化阵列的各项参数实现方向图综合,已经被广泛应用于机载/舰载雷达、通信等领域。本文采用了拉格朗日乘数法、粒子群算法和凸优化算法等各种优化算法,围绕阵列天线辐射方向图综合的数学模型与性能分析、三维阵列方向图的旁瓣抑制、分布式线阵方向图的栅瓣抑制和机载分布式三维阵列方向图的旁瓣抑制等问题开展研究。主要研究内容与成果如下:(1)建立了远场条件下阵列天线辐射方向图综合的数学模型,给出了阵列坐标系和阵元坐标系的转换关系,在不考虑互耦的前提下,推导了方向图综合的表达式,并给出其矩阵形式。基于极化方向性系数最大,分析了影响方向图性能的因素,仿真结果表明,阵元类型、子阵间距和阵元分布模型会对方向性系数、旁瓣电平、交叉极化等方向图性能参数产生影响。(2)研究了三维阵列方向图的旁瓣抑制。针对方向图主辐射综合和低旁瓣约束的多目标优化问题,采用多目标粒子群算法解决该优化问题,仿真结果验证了该算法的有效性;同时给出了一种基于偏好信息的改进的多目标粒子群算法,减少了粒子个数和迭代次数,提高了算法的收敛性;构造了多目标方向图综合的凸优化模型,并应用到三维阵列方向图的旁瓣抑制中,能够根据设定的门限得到相应的最优解。(3)研究了分布式线阵方向图的栅瓣抑制。以分布式线阵为模型,验证了多目标粒子群算法在栅瓣抑制中的有效性;给出了一种基于粒子群-凸优化的混合优化算法,将粒子群作为全局优化算法,凸优化作为局部优化算法,对阵列的位置和激励权值进行优化,仿真结果表明,该算法具有更好的栅瓣抑制效果;针对阵元位置误差等扰动带来的阵列流型失配问题,给出了一种稳健的栅瓣抑制算法,引入阵列流型失配校正,重构稳健条件下的凸优化模型,能够得到稳健的阵列优化权值和阵列优化布局。(4)研究了机载分布式三维阵列方向图的旁瓣抑制。以机载三维阵列为模型,进行辐射性能分析,仿真结果表明,分布式三维阵列在主瓣宽度、方向性系数、交叉极化等辐射性能方面优于圆环阵面和圆锥阵面;给出了一种基于最大辐射角度的子阵划分方法,减少工作阵元的数量,降低阵列天线的能量消耗;将多目标离散粒子群与凸优化相结合,进行阵元工作状态和主副瓣约束的多目标优化,通过优化阵列布局,实现约束工作阵元个数下的方向图旁瓣抑制;在混合优化算法的基础上,设定初始阵元状态作为种群偏好解,增加了粒子寻优的多样性。